寶斯琴塔娜，齊二石

（1.天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，天津 300192；2.內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué) 商務(wù)學(xué)院，呼和浩特 010051）

0 引言

制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)績(jī)效評(píng)價(jià)與其他功能性的制造系統(tǒng)所關(guān)注的內(nèi)容有較大差異，所以其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系選擇應(yīng)不同。制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)績(jī)效評(píng)價(jià)是對(duì)所設(shè)計(jì)的制造系統(tǒng)在滿足顧客需求情況下，是否達(dá)到浪費(fèi)最少的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。自2009年由天津大學(xué)齊二石教授提出精益設(shè)計(jì)的概念以來(lái)，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者開(kāi)始對(duì)精益設(shè)計(jì)如何引入到生產(chǎn)系統(tǒng)領(lǐng)域進(jìn)行了理論與實(shí)踐[1-4]研究。但所構(gòu)建的方案是否達(dá)到精益設(shè)計(jì)的目標(biāo)方面的研究幾乎空白，很多學(xué)者僅僅通過(guò)設(shè)備利用率的提高、生產(chǎn)均衡率的提高、產(chǎn)能的提高等方面與改善或重建之前的方案進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上提出基本實(shí)現(xiàn)了精益化[5]。所應(yīng)用的評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏系統(tǒng)性，大部分停留在定性研究或案例考察，缺少可操作性和科學(xué)性，沒(méi)有突出精益設(shè)計(jì)的功能性特點(diǎn)。

本文從精益設(shè)計(jì)的核心思想出發(fā)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有相關(guān)理論的分析與歸納，提出制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)，結(jié)合其功能性特點(diǎn)及現(xiàn)有制造系統(tǒng)績(jī)效評(píng)價(jià)文獻(xiàn)的歸納、整理，提出一套較系統(tǒng)的制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)的績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，為指導(dǎo)企業(yè)精益設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)提供科學(xué)的、可操作性強(qiáng)的評(píng)價(jià)依據(jù)。

1 基于平衡記分卡的制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)架

1.1 平衡記分卡方法

平衡記分卡理論是20世紀(jì)90年代初，由Kaplan和Norton在題為“未來(lái)組織績(jī)效衡量方法”的研究中，提出來(lái)的一種績(jī)效評(píng)價(jià)體系框架。它從企業(yè)戰(zhàn)略角度出發(fā)，包含財(cái)務(wù)性指標(biāo)、顧客滿意指標(biāo)、企業(yè)內(nèi)部業(yè)務(wù)管理指標(biāo)、學(xué)習(xí)創(chuàng)新和成長(zhǎng)指標(biāo)四個(gè)方面的內(nèi)容。后來(lái)Brown[6]提出了財(cái)務(wù)指標(biāo)（如EVA）、加工/運(yùn)作績(jī)效（如周轉(zhuǎn)時(shí)間、出錯(cuò)頻率）、顧客滿意度、員工滿意度和股東滿意度五種指標(biāo)組成的改進(jìn)型平衡計(jì)分卡評(píng)價(jià)體系；也有人從顧客滿意、價(jià)值測(cè)定、顧客忠誠(chéng)以及財(cái)務(wù)績(jī)效等方面進(jìn)行了制造系統(tǒng)績(jī)效評(píng)價(jià)[7-9]；Norreklit[10]基于因果關(guān)系鏈確定了平衡計(jì)分卡，測(cè)定制造系統(tǒng)績(jī)效評(píng)價(jià)。

平衡記分卡的基本原理是以組織的共同愿景與戰(zhàn)略為核心，運(yùn)用平衡的哲學(xué)思想，將組織的愿景與戰(zhàn)略轉(zhuǎn)化為組織運(yùn)作直接相關(guān)的顧客、財(cái)務(wù)、內(nèi)部流程和創(chuàng)新與學(xué)習(xí)四個(gè)方面的具體目標(biāo)，根據(jù)這些具體目標(biāo)確定出相關(guān)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)的過(guò)程。

1.2 制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)架

精益設(shè)計(jì)是根據(jù)市場(chǎng)需求和科技進(jìn)步的發(fā)展現(xiàn)狀、態(tài)勢(shì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，根據(jù)精益思想進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)，獲得新的廠內(nèi)價(jià)值流，再進(jìn)行合理的工廠設(shè)計(jì)、設(shè)施設(shè)計(jì)和生產(chǎn)組織改善的過(guò)程。而對(duì)制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)應(yīng)從精益設(shè)計(jì)功能特性入手，根據(jù)精益設(shè)計(jì)所包含的活動(dòng)內(nèi)容是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的過(guò)程。因此，制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇應(yīng)能夠較準(zhǔn)確地反映精益設(shè)計(jì)相關(guān)活動(dòng)內(nèi)容。根據(jù)以上要求，構(gòu)建了制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如下頁(yè)圖1所示。

1.2.1 顧客視角

從顧客視角，顧客希望制造企業(yè)給他提供低成本、高效率、高質(zhì)量的多品種產(chǎn)品。因此，制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)績(jī)效從所提供產(chǎn)品生產(chǎn)的周期長(zhǎng)短、產(chǎn)品生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量水平、所提供產(chǎn)品種類(lèi)等四個(gè)指標(biāo)可以體現(xiàn)。

交付時(shí)間，在制造系統(tǒng)中產(chǎn)品平均生產(chǎn)周期越短，產(chǎn)品即時(shí)交付可能性越大，因此交付時(shí)間在制造系統(tǒng)中主要由產(chǎn)品平均生產(chǎn)周期來(lái)體現(xiàn)。產(chǎn)品平均生產(chǎn)周期是指產(chǎn)品從原材料進(jìn)入到生產(chǎn)完成所需時(shí)間。取決于工藝過(guò)程、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)等待、生產(chǎn)過(guò)程中的傳送等因素具有直接聯(lián)系。在精益設(shè)計(jì)思想下，通過(guò)價(jià)值流優(yōu)化設(shè)計(jì)、一個(gè)流生產(chǎn)等策略盡量消除不必要的浪費(fèi)。一般其計(jì)算公式為：

圖1 制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)指標(biāo)體系

其中，tif代表第i產(chǎn)品生產(chǎn)最晚結(jié)束時(shí)間；tis代表第i產(chǎn)品生產(chǎn)最早開(kāi)始時(shí)間。

產(chǎn)品生產(chǎn)成本，是各類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)所需的成本總和。計(jì)算表達(dá)式為：

其中，C代表各類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)總成本；Ci代表第i產(chǎn)品生產(chǎn)所需成本。

產(chǎn)品質(zhì)量水平，是所生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品滿足顧客需求的程度。是顧客滿意的先決條件，它始于顧客需求，也終于顧客需求的滿足。對(duì)制造系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量的衡量一般由廢次品率來(lái)表示。廢次品率計(jì)算公式為：

其中，f1代表廢次品率；Qfi代表第i種產(chǎn)品的廢品數(shù)量；Qfi代表第i種產(chǎn)品的次品數(shù)量；Qi代表第i種產(chǎn)品的總生產(chǎn)數(shù)量。

產(chǎn)品種類(lèi)，是企業(yè)所能夠提供相同或不同功能產(chǎn)品的種類(lèi)。快速變化的市場(chǎng)環(huán)境和激烈的競(jìng)爭(zhēng)，要求制造企業(yè)改變傳統(tǒng)少品種大批量生產(chǎn)的模式，提供小批量、多品種的產(chǎn)品，如果企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力，必須能夠及時(shí)轉(zhuǎn)換生產(chǎn)線，能夠生產(chǎn)多品種產(chǎn)品。

其中，Vj代表第 j條生產(chǎn)線所能生產(chǎn)產(chǎn)品的種類(lèi)；V代表制造系統(tǒng)生產(chǎn)產(chǎn)品的種類(lèi)。

1.2.2 股東視角

從投資者或股東的視角來(lái)看，制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)方案應(yīng)不僅內(nèi)部管理控制方便，同時(shí)具備較高的投資回報(bào)率，而投資回報(bào)率以企業(yè)所得利潤(rùn)和投資成本來(lái)決定。利潤(rùn)增長(zhǎng)率從制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度可以認(rèn)為通過(guò)合理的設(shè)計(jì)方案降低投資成本和運(yùn)作成本來(lái)提高利潤(rùn)率，而前面已經(jīng)涉及到了運(yùn)作成本相關(guān)的生產(chǎn)產(chǎn)品成本，為了滿足所提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)的獨(dú)立性原則，因此這里的利潤(rùn)增長(zhǎng)率主要由投資成本來(lái)體現(xiàn)。投資成本可以體現(xiàn)在所需廠房面積大小和設(shè)備投資成本、人員所需數(shù)量等方面。具體公式為：

其中，CS代表總的投資成本；C1代表投資建廠成本；C2代表設(shè)備購(gòu)置成本；C3代表人員成本。

1.2.3 生產(chǎn)/運(yùn)作視角

生產(chǎn)/運(yùn)作視角，主要為了使企業(yè)內(nèi)部控制的簡(jiǎn)便性而設(shè)計(jì)的內(nèi)容。主要體現(xiàn)在單元化程度、物料搬運(yùn)成本、平均在制品庫(kù)存量、設(shè)備負(fù)荷平衡率等方面。

單元成組性能，單元化制造因其能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的諸多搬運(yùn)和等待浪費(fèi)、節(jié)約生產(chǎn)所占空間、縮短產(chǎn)品交付時(shí)間以及具有較大柔性的特點(diǎn)在精益生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可。單元成組性能直接影響其柔性程度和管理的方便性，有關(guān)單元成組性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)中首次提出總結(jié)合能（Total Bond Energy，TBE），但與單元制造的設(shè)計(jì)目標(biāo)沒(méi)有直接聯(lián)系，后來(lái)由有專(zhuān)家提出瓶頸元素的比例PE作為成組效率評(píng)價(jià)指標(biāo)，現(xiàn)目前應(yīng)用較多的有零件-機(jī)床關(guān)系矩陣中的瓶頸元素和對(duì)角塊矩陣中的“0”元素所占比例等指標(biāo)?？紤]到通常在單元構(gòu)建模型的建立的原則中最重要的一項(xiàng)內(nèi)容為盡量使得單元間物料搬運(yùn)最小。因此，這里選擇加工工藝瓶頸元素所占比例作為單元成組性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，參考文獻(xiàn)[4]中的計(jì)算模型：

其中，PE代表瓶頸元素；i代表所需生產(chǎn)的產(chǎn)品，i=1'2'…'P；Oi代表第i個(gè)產(chǎn)品工序數(shù)量。

物料搬運(yùn)成本，是制造系統(tǒng)布局精益設(shè)計(jì)中首要考慮的因素，是制造系統(tǒng)布局是否合理的重要衡量指標(biāo)。復(fù)雜制造系統(tǒng)中，約有80%沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其存在的問(wèn)題中60%可以歸結(jié)為初期規(guī)劃不合理或失誤，其中尤其需要解決生產(chǎn)能力不匹配和現(xiàn)場(chǎng)物流布局不合理等問(wèn)題[11]。合理的布局設(shè)計(jì)可以有效降低物料搬運(yùn)成本和時(shí)間，減少產(chǎn)品生產(chǎn)成本。物料搬運(yùn)成本一般包括單元內(nèi)和單元外物料搬運(yùn)成本，其表達(dá)式：

其中：

mi、mj為設(shè)備編號(hào)，{ }mi'mj=1'2'…'M ；l'l'為單元內(nèi)的位置編號(hào)，{ }l'l'=1'2'…'L ；c'c'為制造的單元，{c,c'=1,2,…,C}；dll'為單元內(nèi)位置l和位置l'之間的距離；dcc'為單元c與c'之間的距離；Cmimj為單元內(nèi)設(shè)施mi和設(shè)施mj之間單位距離搬運(yùn)成本；Ccc'為單元c'c'之間的單位距離搬運(yùn)成。

平均在制品庫(kù)存量，在精益設(shè)計(jì)理念下庫(kù)存是不增值的活動(dòng)，盡量減少來(lái)實(shí)現(xiàn)“零庫(kù)存”。但因?qū)嶋H運(yùn)作管理的要求，又使庫(kù)存成為很多企業(yè)的必備品。因此，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，盡量減少在制品庫(kù)存水平是精益設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。平均在制品庫(kù)存量的一般計(jì)算表達(dá)式為：

其中，ST代表平均單元規(guī)模；STi代表第i個(gè)產(chǎn)品在制品庫(kù)存量，i=1'…'n。

設(shè)備負(fù)荷平衡率，為了提高各類(lèi)設(shè)備的利用率，減少產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的無(wú)效等待，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)將各類(lèi)設(shè)備負(fù)荷平衡率提高，減少等待浪費(fèi)。一般表達(dá)式為：

其中，F(xiàn)mi為設(shè)備mi的負(fù)荷，mi=1'…'M ；Ttak為生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間；tpk為第p產(chǎn)品第k道工序生產(chǎn)所需時(shí)間，k=1'…'K；Dp為第p產(chǎn)品需求量'p=1'…'P。

因在精益環(huán)境下，產(chǎn)品以“一個(gè)流”原則進(jìn)行生產(chǎn)，式中假設(shè)生產(chǎn)過(guò)程中的物料流動(dòng)按單件流動(dòng)來(lái)考慮。

1.2.4 持續(xù)改善視角

隨著市場(chǎng)的快速變化和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，制造系統(tǒng)中所生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝過(guò)程、生產(chǎn)線、車(chē)間布局等要不斷

其中：

φ1代表平均設(shè)備柔性；Fmi代表設(shè)備mi所能提供各種加工方法的數(shù)量，mi=1'…'M；Lmi代表整個(gè)加工任務(wù)所需的加工方法的數(shù)量。

平均生產(chǎn)線柔性的計(jì)算公式：改變來(lái)適應(yīng)需求。而以靜態(tài)理念下所設(shè)計(jì)的制造系統(tǒng)的持續(xù)改善難度很大，費(fèi)用很高，因此在制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)的持續(xù)改善性能要求較高。持續(xù)改善性能，也可以稱(chēng)為柔性，因此在本文中主要以平均設(shè)備柔性、平均生產(chǎn)線柔性、平均布局柔性來(lái)衡量。平均設(shè)備柔性的計(jì)算公式，可參考文獻(xiàn)[12]，具體公式為：

其中：

φ2代表平均生產(chǎn)線柔性；ra代表生產(chǎn)線a所能生產(chǎn)的產(chǎn)品種類(lèi)，a=1'…'A；P代表制造系統(tǒng)內(nèi)部所需生產(chǎn)產(chǎn)品種類(lèi)。

制造系統(tǒng)布局柔性表示制造系統(tǒng)布局方案重構(gòu)難度的大小。因此，可以重構(gòu)成本和重構(gòu)時(shí)間來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

其中：φ3代表制造系統(tǒng)布局柔性；Cc代表制造系統(tǒng)布局重構(gòu)成本；CJ代表制造系統(tǒng)投建成本；Tc代表制造系統(tǒng)布局重構(gòu)時(shí)間；TJ代表制造系統(tǒng)最初投建時(shí)間。

2 對(duì)制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性判定

上文雖然對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均提出了定量計(jì)算方法，但由于各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的量綱不統(tǒng)一，需要對(duì)各指標(biāo)因素進(jìn)行歸一化處理，對(duì)各因素的權(quán)重進(jìn)行判定才能進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)。但不同指標(biāo)在不同制造系統(tǒng)中的重要性不同，傳統(tǒng)方法由專(zhuān)家根據(jù)主觀經(jīng)驗(yàn)直接判定又缺乏準(zhǔn)確性，導(dǎo)致績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)論的偏差。目前應(yīng)用較廣泛的各指標(biāo)重要性判定方法有AHP方法、熵權(quán)法、AHP-熵權(quán)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等多種方法。因篇幅的原因，這里對(duì)基于AHP層次分析法進(jìn)行指標(biāo)重要性判定方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型

本文建立了由4個(gè)準(zhǔn)則層、指標(biāo)層13個(gè)指標(biāo)組成的制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如下頁(yè)圖2所示。

（2）構(gòu)造判斷矩陣

判斷矩陣反映專(zhuān)家們對(duì)各指標(biāo)相對(duì)重要性的判斷，是準(zhǔn)則Bi對(duì)總目標(biāo)的相對(duì)重要性和指標(biāo)層Cj對(duì)準(zhǔn)則Bi的相對(duì)重要性的度量數(shù)據(jù)表達(dá)的矩陣，是各層指標(biāo)內(nèi)部進(jìn)行兩兩比較后獲得的判斷矩陣，A=(aij)n×n。滿足如下條件：①aij＞0 ；②

圖2 制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)

（3）層次單排序

計(jì)算判斷矩陣的最大特征根λmax和對(duì)應(yīng)的特征向量W=(w1'w2'…'wn)T，作為本層次元素對(duì)目標(biāo)元素的排序權(quán)值。

（4）進(jìn)行一致性檢驗(yàn)

計(jì)算一致性指標(biāo)C.I.：

C.I.為判斷矩陣階數(shù))

計(jì)算一致性比例C.R.：

式中，R.I.為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。表1中給出1-15維矩陣重復(fù)計(jì)算1000次的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

如果C.R.＜0.1，則判斷矩陣的一致性可接受，權(quán)重值合理。

3 結(jié)論

本文根據(jù)制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)的功能性特點(diǎn)要求，基于平衡記分卡的思想，提出了由顧客視角、股東視角、生產(chǎn)/運(yùn)作視角和持續(xù)改善視角四個(gè)方面組成的符合精益設(shè)計(jì)績(jī)效評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，并提出了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算公式，給制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)方案選擇提供了量化依據(jù)，使得精益設(shè)計(jì)方案選擇更加科學(xué)合理化。本文提出的制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)是基于對(duì)長(zhǎng)期與企業(yè)溝通過(guò)程中逐步總結(jié)和整理出來(lái)的可操作性較強(qiáng)的，適合于大部分制造企業(yè)的一般性精益性評(píng)價(jià)指標(biāo)，因企業(yè)自身對(duì)不同環(huán)節(jié)的重視度不同可多增加一些其他指標(biāo)進(jìn)行績(jī)效評(píng)價(jià)。同時(shí)，因制造系統(tǒng)精益設(shè)計(jì)理論和方法在不斷的整理和完善，未來(lái)進(jìn)一步和企業(yè)溝通與應(yīng)用過(guò)程中不斷地修正和完善各類(lèi)指標(biāo)。

[1]王占?jí)?單元制造系統(tǒng)的精益設(shè)計(jì)研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2012,(10).

[2]沈琦,鄭建國(guó).基于精益理念的生產(chǎn)線布局優(yōu)化研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2015,(1).

[3]周旋.基于精益生產(chǎn)的工程機(jī)械齒輪工廠設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2014,(6).

[4]牛占文.基于精益生產(chǎn)的某離合器公司裝配車(chē)間優(yōu)化[J].工業(yè)工程與管理,2015,20(2).

[5]高舉紅,陳思宇,劉曉宇.基于精益設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力分析與現(xiàn)場(chǎng)物流改善[J].工業(yè)工程，2010，13(1).

[6]Brown M G.Baldrige Award Winning Quality:How to Interpret the Malcolm Baldrige Award Criteria[M].Malwaukee:ASQ Quality Press,1999.

[7]Anderson E W,Fornell C,Lehmann D R.Customer Satisfaction,Market Share,and Profitability:Findings From Sweden[J].Journal of Marketing,1994,58(3).

[8]Bernhardt K L,Donthu N,Kennett P A.A longitudinal Analysis of Satisfaction and Profitability[J].Journal of Business Research,2000,(47).

[9]Brandt D R.Linking Measures of Customer Satisfaction,Value,and Loyalty to Market And Financial Performance:Basic Methods and Key Considerations[R].ASQ’s 54th Annual Quality Congress Proceedings,2000.

[10]Norreklit H.The Balance on the Balanced Scorecard-a Critical Analysis of Some of Its Assumptions[J].Management Accounting Research,2000,11(1).

[11]高舉紅,陳思宇,劉曉宇.基于精益設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力分析與現(xiàn)場(chǎng)物流改善[J].工業(yè)工程,2010,13(1).

[12]陳荷,楊承濤.制造系統(tǒng)柔性的評(píng)價(jià)方法[J].紡織器材,2008,4(7).

（責(zé)任編輯/亦 民）